月球原位能源支撑技术探索构想

随着探月工程规模的不断扩大,仅仅依靠太阳能电池或小型放射性同位素电源将难以为月基活动提供充足持续的能源供应,研发月球原位能源供给技术是各类月基活动的关键基础。本文基于月壤和月岩恒温层与月球表面存在巨大温差的特性,提出了利用该温差进行发电的月基原位能源支撑技术构想,设计了月球温差热电材料热伏发电技术和月球温差磁悬浮发电技术及实施构想。月球温差热电材料热伏发电系统直接利用热电材料实现昼夜连续工作的热电转换,将月表辐射能（白天）以及月壤的热能（夜晚）连续转化为电能;月球温差磁悬浮发电系统和技术利用氨-铝热虹吸管取热和磁悬浮透平发电机发电的方案将月球表面与月球月岩恒温层之间的温差转换为电能。两类月基温差发电技术具有无机械摩擦、效率高、寿命长、质量轻的优点,可为探月活动原位能源供给提供相关技术支撑。     

月球大深度保真取芯探矿机器人系统构想与设计

开展月球取芯是人类探索月球、获取月球地质信息、了解地月系及太阳系起源与演化的重要举措。针对目前人类月球取芯存在的“取不深”、“取不真”的技术瓶颈，本文从月球月壤/月岩地质成分与特性入手，在国际上首次提出月球大深度保真取芯探矿思路，在综合考虑大深度取芯钻杆搭接、取芯机器人构型设计、取芯过程自掘进与支撑、原位保真取芯控制、样本原位封装与返回等要素基础上，提出月球大深度保真取芯探矿机器人系统构想。针对所提出的构想进行机器人系统实施技术方案设计，具体设计了多级分段式取芯器、自掘进取芯机器人、柱坐标取芯器存储机器人、气压轴向推进与气压支撑、旋转复合超声冲击钻进、保真膜及微流道原位环境控制、蜂窝状样本保真腔、月球样本保真返回等技术实施方案。基于上述构想及技术实施方案，本文系统总结了月球大深度保真取芯机器人系统设计需解决的关键技术问题及解决思路。本文的研究将为人类进行月球及其他行星大深度保真取芯探矿提供技术方案参考。研究成果将有助于人类真实了解月球深部原位地质信息，为月球演化科学探索提供技术支撑。     

套管式地下换热器传热特性分析

通过对套管式地下换热器传热过程的分析,在套管式地下换热器传热模型基础上,考虑管内流动和传热,提出了集管内流动与土壤导热相耦合的传热分析模型,并利用数值计算方法进行了传热特性分析.讨论了不同埋管管径组合对流体出口温度及埋管换热率的影响.     

套管式地下换热器传热模型及其特性分析

通过对套管式地下换热器传热过程的分析,在已有套管式地下换热器传热模型基础上,考虑管内流动和传热,提出了集管内流动与土壤导热相耦合的传热分析模型,并利用有限元数值计算方法进行了传热特性的分析。讨论了埋管管径组合和流体流速对流体出口温度及单位埋管换热量的影响。此外,还系统地研究了连续运行模式和可变负荷运行模式的地下传热特性,阐述了地下换热器高效运行的控制策略和影响。     

超细玻璃纤维的有效导热系数计算式

由玻璃纤维的换热特性出发，提出一个整理其有效导热系数与温度、容重间的关系式。利用稳态双平板导热实验台，得出玻璃纤维的衰减系数及有效导热系数公式。     

驻人月球科研站围护结构传热性能分析

为探索由月球表面特殊光热环境导致的驻人月球科研站围护结构传热过程与地球建筑的差异性,基于月球表面太阳辐射模型,根据有限差分法建立围护结构的传热模型,对影响内表面温度的物性参数、朝向等因素进行模拟分析。结果表明:当防热层、隔热层和阻气层分别取20 mm Nextel BF-20、240 mm Pyrogel 6650、20 mm Kapton时,水平屋顶内表面温度的波动范围为16.8~22.4 ℃;厚度和导热系数是影响围护结构传热性能最重要的因素,综合考虑建造成本与隔热性能,应尽量降低围护结构的厚度与导热系数,采用低密度、高比热的材料;内表面的对流换热系数与外表面的发射率直接影响围护结构的边界换热量,可结合不同朝向的辐射特点与热舒适要求,个性化定制具有差异化热惰性和外表面发射率的材料。     

月球探测车移动系统的关键技术分析

为研究月球探测车移动系统,基于月球的复杂环境特征,确定月球探测车移动系统应具备的主要功能.在对以往的腿式、轮式和履带式等各类型移动系统结构特点综合分析的基础上,确定六轮摇臂-转向架式移动系统的设计方案,该系统具有性能优越、自适应能力强等特点.通过深入研究该系统的具体结构,得到其主要的技术性能参数.并对其轮系结构、转向机构、能源系统的特点及所涉及的关键技术进行深入探讨.     

中低温热能发电技术的热力学对比分析

中低温热能的发电利用是太阳能、地热能转换利用及工业余热资源回收的重要方式。首先从热源温度、循环方式及技术特点出发,对典型的几种热功转换循环方式进行了分析,并且基于热源温度和装机容量的划分归纳出了各个循环适用定位,同时指出了对于350℃温度以下中低温热能,适合采用ORC和Kalina循环。最后从热力学分析角度,分析了两种循环下不同压力范围下,膨胀机入口温度与循环热效率之间的关系,得出ORC更适合于工业余热、太阳能等中低温热能的转换利用。     

深地科学领域的若干颠覆性技术构想和研究方向

习近平主席指出“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”,开发深地资源已经成为未来中国科技发展的重要方向。然而,目前人类对于地球深部的认知相当匮乏,国际上ICDP与GFZ等研究组织已经开展深地科学基本规律研究。因此,超前布局、抢占深地研究高地、积极推动深地基础前沿大科学问题探索已迫在眉睫。本文从深地能源和人类生存的角度出发,深度剖析了深地资源开发和深地空间利用的必然趋势,提出向地球深部进军研究的3个层次内容,即深地地质结构探测、深地行为规律研究及深地环境利用与资源开发。同时,围绕关系国家全局的地下空间资源开发、能源储备、核废料处置等国家长远战略,提出深地科学研究领域的3个颠覆性技术构想,即深地矿产资源的流态化开采、深地空间与地下城市、深地实验室与深地空间舱。最后,针对深地岩石力学、深地渗流力学、深地地震学与地球物理学、深地微生物能量溯源等国际最前沿的深地基础科学问题,明确深地科学研究的若干重要研究方向,即原位保真取芯技术,深地非常规岩石力学行为,深地结构与开采的透明推演理论,深地地震学与地球物理学,深地微生物学,深部资源开采与能源储存,深地地下水赋存、运移及水质变化,基于深井抽水蓄能的风、光、水、热一体化开发,地下空间生态、能量循环系统等。基于若干颠覆性技术构想的攻关和若干重要研究方向的探索,构建中国独有、世界领先的深地基础性科学前沿研究阵地。     

月球探测车移动系统的关键技术分析

为研究月球探测车移动系统，基于月球的复杂环境特征，确定月球探测车移动系统应具备的主要功能．在对以往的腿式、轮式和履带式等各类型移动系统结构特点综合分析的基础上，确定六轮摇臂-转向架式移动系统的设计方案，该系统具有性能优越、自适应能力强等特点．通过深入研究该系统的具体结构，得到其主要的技术性能参数．并对其轮系结构、转向机构、能源系统的特点及所涉及的关键技术进行深入探讨．     

城市地下空间资源质量三维精细化评价

为了考虑地下空间的立体化利用行为,提出城市地下空间资源质量三维精细化评价方法. 通过建立链式游程编码数据结构,构建数据结构与体素空间的映射关系,实现多源评价数据的压缩存储与集成. 整合评价过程的各要素,基于ArcGIS Engine开发城市地下空间资源质量三维精细化评价系统. 以重庆市渝中半岛作为工程应用,开展该区域60 m深度内的地下空间资源质量三维精细化评价,分析该区域地下交通线路的建设风险. 结果表明,重庆市渝中半岛地下空间被精细地划分及评价,得到区域资源质量的立体分区,给出地下交通线路建设潜在风险的详细信息. 提出的评价方法实现了城市地下空间资源质量三维精细化评价,可为城市地下空间开发提供决策支持.     

城市轨道交通地下工程风险分析

随着城市轨道交通地下工程建设规模的逐渐扩大,工程风险问题已经越来越突出,而风险管理主要是事前预防,规避企业风险的决策管理方式。介绍了轨道交通地下工程风险管理的国内外研究现状、风险发生机理以及当前风险管理存在的主要问题;对风险控制方法进行了适用性分类;总结出轨道交通地下工程风险管理应循序渐进,不断创新,增强城市轨道交通安全风险管理体系。     

竖直U型地埋管群传热特性模拟

为了探究不同因素对竖直U型地埋管管群传热特性的影响,以竖直U型地埋管周围土壤为研究对象,建立三维非稳态传热物理数学模型。在试验验证和单井的研究基础上,以1 a为研究周期,分析了地埋管管群排列方式、热泵蓄取功率比以及土壤类型对竖直U型地埋管管群周围土壤温度场分布的影响。研究表明：钻井间距一定时,地埋管排列方式对地埋管管群周围土壤温度场分布的影响很小;在热泵运行时间一定时,土壤热扩散系数越大,钻井间土壤温度重叠区域越大;土壤导热系数越大,土壤温度波动幅度越小;蓄取功率比越小,土壤热失衡越严重;对于冬季热负荷较大的地区,可以适当地提高热泵蓄取功率比。所建模型得出的土壤温度值与试验值吻合度较好,其最大误差为14.2%。     

煤层气化上覆岩层温度场分布规律研究

由于温度对岩石的影响作用,高温下岩体的物理力学性能及破坏规律与常温下岩体的大不相同;通过对气化炉上覆岩层岩石导热系数试验,取得了不同温度下岩石的导热系数及规律方程,采用comsol多物理场耦合软件进行传热数值计算。研究表明：岩石的导热系数随温度增加呈下降趋势,随岩性不同下降的速度基本相同;在不同的温度下,各岩性的导热系数有一定的差异。通过模拟软件的分析得到了煤层气化上覆岩层温度分布随高度方向变化的规律,温度下降梯度随岩性不同而不同。这一结果为进一步研究煤炭地下气化上覆岩层强度变化及破坏规律提供了理论指导。     

Analytical and numerical modeling for the effects of thermal insulation in underground tunnels

The heat How generated from the infinite rock mass surrounding the underground tunnels is a major cause for the increasing cooling demands in deep mine tunnels.Insulation layers with lower thermal conductivities on tunnel walls and roof ceilings are believed to supply a thermo-barrier for heat abatement.However,it is found that no systematic theoretical investigations were made to predict and confirm the effectiveness of underground thermal insulation.Specifically,investigations on the underground insulation problems involving heat flows through the semi-infinite hot rock mass and insulation layer were not sufficient.Thus,in this paper,the thermal characteristics,accompanied with heat flow through the semi-infinite rock mass and the insulation layer,were modeled by both analytical and numerical methods with focus on underground mine tunnels.The close agreements between models have indicated that the thermal insulation applied on tunnel surfaces is able to provide promising heat abatement effects.     

某交通大厦地下空间空气能的利用

地下空气能的利用是对可再生能源的一种利用方式。由于地下土壤层的蓄热能力和温度波衰减和延迟作用,在一定深度范围内,其常年温度恒定,相对于室外温度而言,冬季空气温度高,夏季空气温度低;本文拟采用通过空气源热泵的方式利用这一部分能量,并与常规置于室外的方式比较,得出其节能效果。     

基于徽文化符号在合肥地铁空间设计的植入研究

通过整理与收集相关资料分析了徽文化符号的建构与特征,结合合肥地铁轨道交通的空间设计情况进行阐述,探讨徽文化符号在地铁空间设计中的实用价值和应用方式,强调植入地域文化符号在地铁空间设计对于徽文化符号的传承具有重大意义。